【正文】 ....................................................................................22 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 ..............................................................................................22 控制系統(tǒng)的 I/O 口分配 ...............................................................................................22 沖床改造后加工流程 ..................................................................................................23 主程序模塊設(shè)計(jì) ..........................................................................................................24 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) ......................................................................................................25第六章 結(jié)論 ......................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................28致 謝 ..................................................................................................................................29附 錄 ..................................................................................................................................301 / 43第一章 緒論 普通沖床數(shù)控改造的意義 隨著沖床的不斷發(fā)展和改進(jìn)，現(xiàn)在市面上常用的有兩種沖床，一種是比較早期的普通版型的沖床，另一種就是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控型的沖床。同時(shí)其生產(chǎn)效率要非常的低，根本無(wú)法完成當(dāng)時(shí)市面上某些工件的需求。隨著數(shù)控型的沖床進(jìn)入制造行業(yè)，種種的生產(chǎn)效率低，精度不高的擔(dān)憂被通通解決了。首先，數(shù)控沖床要比普通型的沖床貴的多，其次，將普通型的沖床拋棄面臨很多負(fù)面影響。對(duì)普通型沖床改造的方面非常多，不同的改造方式會(huì)獲得不同的優(yōu)化效果。將普通型沖床更新為數(shù)控型的沖床能夠消除將所有普通型沖床換成數(shù)控型沖床帶來(lái)的種種負(fù)面影響。從過(guò)去到現(xiàn)在數(shù)控沖床的發(fā)展已達(dá)到比較好的成績(jī)，在國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)在數(shù)控沖床的生產(chǎn)方面有很大成就，基本上能滿足市場(chǎng)對(duì)數(shù)控沖床的需求。高端數(shù)控沖床的出現(xiàn)攻克了在生產(chǎn)方面的很多困難，提高了在生產(chǎn)方面的效率。在我國(guó)市場(chǎng)中，數(shù)控沖床的發(fā)展是非常迅速的，從 40 年前到現(xiàn)在，數(shù)控沖床歷經(jīng)了各方面的提高，由國(guó)產(chǎn)低檔的數(shù)控沖床最后發(fā)展到比較高檔的產(chǎn)品，不同檔次的沖床在不同的方面得到了不同的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，很多企業(yè)已2 / 43經(jīng)生產(chǎn)出功能比較齊全的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備，針對(duì)不同的使用用戶，很多企業(yè)生產(chǎn)不同功能的數(shù)控設(shè)備。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，在很多高精度要求的場(chǎng)合，我國(guó)能生產(chǎn)自己的高精度數(shù)控沖床來(lái)解決問(wèn)題，這一部分沖床的市場(chǎng)占有率也占到了相當(dāng)高的比例。與此同時(shí)我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)的可靠性程度也達(dá)到了相當(dāng)高的程度，因此今后我國(guó)在數(shù)控技術(shù)發(fā)面不在依靠國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，可以依靠自己來(lái)發(fā)展，從而國(guó)內(nèi)各企業(yè)生產(chǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)要求基本得到解決，并且多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的高難度技術(shù)問(wèn)題也得到解決:從此我們能在世界中真正的獨(dú)立發(fā)展，生產(chǎn)我國(guó)自己的數(shù)控設(shè)備，不在受到發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控技術(shù)的控制，生產(chǎn)真正屬于中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)品，不再依賴于國(guó)外。 國(guó)外數(shù)控機(jī)床的研究現(xiàn)狀如今世界上很多國(guó)家在數(shù)控沖床方面的研究發(fā)展已達(dá)到了相當(dāng)高的程度，而且生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)比較豐富。比如日本 FANUC 公司生產(chǎn)很多種的數(shù)控系統(tǒng)，不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)適合不同的使用人群，其數(shù)控技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。美國(guó)將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)，尤其是汽車生產(chǎn)和3 / 43工業(yè)制造方面，使企業(yè)制造的生產(chǎn)率得到了很大的提高，由于美國(guó)一直非常重視技術(shù)的創(chuàng)新，所以在當(dāng)今國(guó)際上美國(guó)的技術(shù)是最先進(jìn)的，尤其是數(shù)控技術(shù)方面。在當(dāng)今世界中，德國(guó)的工業(yè)能力也是非常的強(qiáng)的，對(duì)重工業(yè)的重視程度也不亞于美國(guó)，沖床的發(fā)展在其工業(yè)發(fā)展中占到不可忽視的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，集成技術(shù)進(jìn)入了當(dāng)今社會(huì)控制行業(yè)的市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的集成化，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的小型化趨勢(shì)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的更好控制和人類能更方便的控制，現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)正在朝著與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相聯(lián)合的方向發(fā)展。像西門子公司和 FANUC 等公司開(kāi)發(fā)過(guò)大量的這種配合系統(tǒng)，在這些控制系統(tǒng)中外接輸出口形式多樣，除了 RS232 這種傳統(tǒng)的接口外，還有網(wǎng)口接口作為備用的接口。現(xiàn)在工業(yè)中很多行業(yè)都在使用數(shù)控技術(shù)，國(guó)家的綜合實(shí)力考的是國(guó)防實(shí)力和工業(yè)實(shí)力的發(fā)展，而數(shù)控技術(shù)正是國(guó)防科技和工業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)還被某些國(guó)家作為支持國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略資源。 。第二章 普通沖床數(shù)控改造的總體方案設(shè)計(jì) 普通沖床數(shù)控改造總體方案的確定普通沖床沖壓工件的開(kāi)始和停止都是由人工腳踏控制的，這種控制是通過(guò)一定的機(jī)械機(jī)構(gòu)，而且工件在工作臺(tái)上的移動(dòng)是由手動(dòng)控制的，現(xiàn)將工件的移動(dòng)改造成由控制系統(tǒng)控制完成。在保留普通沖床床身的基礎(chǔ)上，將原來(lái)的工作臺(tái)改造為具有縱橫兩個(gè)方向的工作臺(tái)。步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠通過(guò)聯(lián)軸器連接，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)在縱向和橫向的移動(dòng)。該設(shè)計(jì)主要包括兩部分，一部分是工作臺(tái)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，另一部分是控制部分的設(shè)計(jì)。為了使生產(chǎn)效率提高和定位能力的精確，采用點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng)。近年來(lái)國(guó)有一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種八位單片微型機(jī)，主要有 MCS—48 系列，CS51 系列，Mostek 的 3870，Motorolo 公司的 6801 和 6805。硬件設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊是 MCS51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一。驅(qū)動(dòng)部分的選擇伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種控制方式 。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)對(duì)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高精確的位置伺服。由于本設(shè)計(jì)是在普通沖床的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造，故采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)控制。最大沖孔板厚 2mm最大沖切力 300KN最大加工板材尺寸 1250 1000mm?7 / 43第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算本次設(shè)計(jì)將普通沖床改造成數(shù)控沖床，在原沖床床身的基礎(chǔ)上，將原有工作臺(tái)改造成含有 X、Y 方向的工作臺(tái)。改造后的機(jī)械圖如下： 23451步進(jìn)電機(jī) 2聯(lián)軸套 3角接觸球軸承 4滾珠絲杠副 5密封氈圖 31 工作臺(tái)機(jī)械圖 工作臺(tái)重量的估算取工件的材料為 號(hào)鋼，其密度為 ，取 ，根據(jù)沖453/?kgN/?床參數(shù)尺寸可得工件的重量為： (31)gvmG . 31 ???? ??設(shè)夾具和工件的重量和為 NG1設(shè)工作臺(tái)的重量 23 電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定根據(jù)沖床的加工要求，在本設(shè)計(jì)中選取 1500 為進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。i將以上已知數(shù)據(jù)代入式 32 可得=3max10??nivPh 1352? 確定脈沖當(dāng)量選取三相步進(jìn)電機(jī)，三相步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為 或者 ，選取步進(jìn)電??機(jī)的步距角為 ，根據(jù)公式? (33)itl??360??式中 ——脈沖當(dāng)量，單位為 /脈沖； l?m——步距角，單位為度/脈沖；?——滾珠絲杠的螺距，單位為 ，設(shè)為單頭螺紋， =13 ；t t?hPm——傳動(dòng)比， =1。3由于沖床在工作件移動(dòng)的時(shí)候并不產(chǎn)生沖壓，故軸向切削力和縱向切削力均為0，故的滾珠絲杠軸向載荷為 NGF30)210(.)(321 ???????? 當(dāng)量載荷的計(jì)算由滾珠絲杠當(dāng)量載荷計(jì)算公式 （33 311 ????mnnmm tFntF5） 式中 ——當(dāng)量速度，單位為n/ir——當(dāng)量載荷，單位為mN其中，當(dāng)量速度 （ nttntn?????6）滾珠絲杠副在各種轉(zhuǎn)速 ， ...... 的情況下，各轉(zhuǎn)速所占用時(shí)間的百分比為12n%， %...... %，受到的載荷為 ， ...... ?？傻卯?dāng)量速度 min30125rnm??10 / 43則由式 35 可得當(dāng)量載荷 NFm30? 預(yù)期額定動(dòng)載荷的計(jì)算根據(jù)預(yù)期額定動(dòng)載荷計(jì)算公式 （3camhmmfFLnC???106037）式中 ——預(yù)期額定動(dòng)載荷，單位為m N——當(dāng)量速度，單位為n/inr——機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間，單位為小時(shí)hL——負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，由于數(shù)控沖床沖擊較大，取 fw=2wf——可靠性系數(shù)，可靠性 97%，取 = cf——精度等級(jí)系數(shù)，精度等級(jí)為 7 級(jí)，取af ?a其中，機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間為250（天） 16（小時(shí)） 10（年） （開(kāi)機(jī)率）=20220 （小時(shí)） hL???（38）按預(yù)期工作時(shí)間估算，將已知數(shù)據(jù)代入式 37 可得預(yù)期額定動(dòng)載荷 NCm ???擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，由以下公式，按最大負(fù)載 Fmax 計(jì)算 （3maxFfe?9）式中 ——預(yù)加負(fù)載類型，按中預(yù)載，取 =；ef ef——軸向負(fù)荷，單位為 ，取 。則可估算絲m02. ]3[杠允許的最大軸向變形量=m?375.根據(jù)絲杠要求預(yù)拉伸，選取兩端固定的支承形式，根據(jù)最小螺紋底徑的計(jì)算公式 （3mmm LFELFd???????10） 式中 ——最小螺紋底徑，單位為 ；m——兩個(gè)固定支撐之間的距離，單位為 ；L——靜摩擦力，單位為 ；0FN——楊式彈性模量，為 。 tLm 確定滾珠絲杠的預(yù)緊力根據(jù)預(yù)緊力計(jì)算公式 （3max13pF?13）式中 ——軸向負(fù)荷，單位為 ， ；maxFNax30FN?則 10pF? 滾珠絲杠預(yù)拉伸力與行程補(bǔ)償值的計(jì)算根據(jù)預(yù)拉伸力計(jì)算公式 （3AEtaLtaLAECFt ??????14）式中 ——滾珠絲杠的線膨脹系數(shù)，取 10 6?；a——溫度變化值，取為 ℃；t?——面積， ；A24md??——彈性模量，E= ；E510.?/N——螺紋底徑，根據(jù)上面可得 = 。m1682?Lm將已知數(shù)據(jù)代入式 314，則行程補(bǔ)償值為=???Cu 滾珠絲杠副支承用的軸承尺寸規(guī)格的確定根據(jù)軸承所承受的最大軸向載荷計(jì)算公式 （3maxaxBtF??16）由已知數(shù)據(jù)可得 2093maxBN根據(jù)沖床加工要求，該選擇軸承類型為兩端固定的支承形式，選取背對(duì)背 15176。軸承內(nèi)徑 略小于 ，取 =17 。 步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算與選擇 作用在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)矩的計(jì)算由外加載荷所產(chǎn)生的摩擦力矩 為FT （33102?????hP18）式中 ——滾珠絲杠上的外加軸向載荷，單位為 ，由于沖床只需克服摩擦力，F(xiàn)N故 。??——滾珠絲杠副的導(dǎo)程，單位為 ， 。其慣量的計(jì)算公式為 （362108???DMJ20）對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以根據(jù)下面的公式估算 （?LJ21）式中 J——慣量，單位為 ；M——單位體積質(zhì)量，單位為 ；L——圓柱體長(zhǎng)度，單位為 mm, 由上面的計(jì)算可知，滾珠絲杠的全長(zhǎng)為1800 ；mD——圓柱體直徑，單位為 mm，滾珠絲杠的公稱直徑，根據(jù)上面的計(jì)算可知 D =25 。mxn maxn/inr將以上數(shù)據(jù)代入式 323 得加速轉(zhuǎn)矩為 NTa ?????? 電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 的計(jì)算r由最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式 （3rapFT??24）代入已知數(shù)據(jù)可得電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為++= mN? 電機(jī)連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩 MT根據(jù)電機(jī)連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式 （3pF??25）代入數(shù)據(jù)可得 =+=? 電機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)電機(jī)選擇原則：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)滿足 ；(1~4)mJ?電機(jī)最